MAX1132为200ksps、16位ADC。MAXQ2000可采用不同的时钟模式与MAX1132接口:包括8位、16位或两者组合。为使ADC性能最优,在开发的初始阶段决定采采用何种模式非常重要。显然,每帧包括16个时钟周期的16位ADC应采用16位模式;然而,在ADC采用每帧包括24个时钟周期的特定情况下,必须仔细评估SPI时钟模式。本应用笔记提供了采用8位、16为及两者组合模式的测试结果,根据结果可以看出在MAX1132采用24时钟帧格式时,使用组合模式可获得最佳性能。
硬件说明
该应用电路采用MAX1132评估板和MAXQ2000评估板实现。
图1所示为MAX1132评估板原理图,图2给出了系统的配置图。为连接MAX1132评估板与MAXQ2000评估板,将MAX1132评估板上的SCLK、/CS、DOUT和DIN引脚连接至MAXQ2000评估板,如图2所示。另外,在评估板上的AVDD和AGND端口接入一个+5V电源。评估板的JU1的必须安装在1–2 (ON)位置。在JU2上连接最高+12V的模拟信号,其它跳线开路。为保证系统正常工作,MAXQ2000评估板的SW3必须关闭。
图1. MAX1132评估板原理图
分析
最简单、最灵活的SPI时钟模式是8位模式,因为3个字节非常适合24时钟帧格式,而MAX1132正好需要24个时钟完成数据帧的传输。发送至从机的最高字节用作控制字(0x80)。其中最高位通知从机开始转换,因此非常重要(控制字格式请参考MAX1132数据资料)。两个低字节是从ADC接收到的数据。理想情况下,MAXQ2000的SPI串口时钟工作在4MHz,ADC的最高采样速率应可达到166.67ksps左右。表1所示为分配给每路ADC信号的示波器通道。
Channel | Signal |
1 | CS-bar |
2 | SCLK |
3 | DIN |
4 | DOUT |
在8位模式下,MAX1132的采样速率约为63.7ksps。该速率低于所要求采样速率,因为串行时钟包括下述延迟:SCLK变高时/CS拉低,一组时钟转变到下一组时钟,/CS变高时SCLK拉低,以及在另一次采用开始之前/CS保持高电平(图3)。
图3. 8位模式下采样示例
当SPI时钟为16位模式时,需要两组16个时钟(总共32个时钟)。第一个16个时钟的高字节为微控制器发出的控制字,接下来的字节为从ADC接收到的数据的高字节。在第二个16个时钟内,数据的低字节是从ADC接收到的。这一帧当中剩余的8个时钟在传输连续数据时必须采用同样的速率。图4所示采样速率为63.7ksps,与8位模式下速率相同。
图4. 16位模式下采样示例
更好的方法是首先采用8位SPI模式发送控制字节,然后切换到16位SPI时钟模式接收从ADC得到的采样数据(图5)。这样做的优点是不用将数据分别分割到不同的时钟组,并且不会浪费任何时钟周期。在组合模式下,采样速率为70.4ksps,高于8位模式和16位模式速率。
图5. 组合模式下的实例,即采用8位模式发送控制字节,然后采用16位模式接收ADC的采样数据
上述实例中,采集到的数据可采用表2时间表归纳。组合模式是获取MAX1132最佳性能的理想选择。该模式采用最少的时钟组,单帧时钟数最少。分别采用8位模式或16位模式时均达不到组合模式的采样速率。
Interval | Sample Time, 8-Bit Mode | Sample Time, 16-Bit Mode | Sample Time, Combination Mode |
CS-bar low to SCLK high | 560ns | 760ns | 960ns |
Between 1st and 2nd clock sets | 2.32µs | 3.20µs | 2.36µs |
Between 2nd and 3rd clock sets | 3.12µs | -- | -- |
SCLK low to CS-bar high | 2.52µs | 2.60µs | 3.60µs |
CS-bar high | 1.48µs | 1.44µs | 1.48µs |
Clock time 0(1/SCLK x clocks/frame) | 6.0µs | 8.0µs | 6.0µs |
Approximate total for one sample | 15.7µs=63.7ksps | 15.7µs=63.7ksps | 14.2µs=40.4ksps |
固件说明
C程序文件 (在用于MAXQ的IAR Embedded Workbench环境下编写并编译)允许MAXQ2000 SPI接口采用组合模式与MAX1132进行通信。MAXQ2000的系统时钟为16MHz时,SPI的串行时钟为4MHz。
审核编辑:郭婷
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